敬 敏 中鐵二十四局集團(tuán)公司

我國(guó)南車(chē)集團(tuán)資陽(yáng)機(jī)車(chē)廠制造的GK1c系列內(nèi)燃機(jī)車(chē)采用柴油機(jī)液力傳動(dòng)，液力傳動(dòng)箱、二級(jí)、一級(jí)車(chē)軸齒輪箱之間依次使用萬(wàn)向軸將動(dòng)力傳遞車(chē)軸齒輪箱再傳給輪對(duì)（該車(chē)型四個(gè)輪對(duì)都是主動(dòng)輪都用車(chē)軸齒輪箱將動(dòng)力傳給輪對(duì)，只是2、3車(chē)軸齒輪箱帶輸出軸1、4車(chē)軸齒輪箱不帶輸出軸)。該機(jī)車(chē)輪對(duì)使用輪箍組合式車(chē)輪（如圖1），基礎(chǔ)制動(dòng)部分均為閘瓦踏面制動(dòng)，制動(dòng)方式采用合成閘瓦雙側(cè)制動(dòng)。由于該系列機(jī)車(chē)技術(shù)成熟特別是能在六十度高溫下工作，阿爾及利亞鐵路更新項(xiàng)目部2007年11月購(gòu)進(jìn)兩臺(tái)，其中一臺(tái)發(fā)生弛緩的故障。

圖1 輪箍結(jié)構(gòu)示意圖

1 故障現(xiàn)象及后果

發(fā)生故障的機(jī)車(chē)在行駛過(guò)程中車(chē)輪出現(xiàn)均勻的"啃啃"聲(有點(diǎn)象踏面損壞的聲音，機(jī)車(chē)正常時(shí)車(chē)輪無(wú)異響)，響聲有節(jié)奏并時(shí)常伴有"吱吱"的夾軌聲；低速時(shí)車(chē)身有震動(dòng)感車(chē)速越高響聲越急。（據(jù)司機(jī)反映一月前就有這聲音了，只是以前響聲很小以為是過(guò)節(jié)頭時(shí)被鋼軌頭撞傷了車(chē)輪踏面，因此未曾報(bào)修）。筆者對(duì)該車(chē)的四個(gè)輪對(duì)(從前向后數(shù))進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)左右兩車(chē)輪都發(fā)生輪箍弛緩；經(jīng)測(cè)量左邊（從后往前看）輪箍的軸向移動(dòng)量最大17 mm最小10 mm，右邊移動(dòng)量最大8 mm最小1 mm，而輪箍?jī)?nèi)測(cè)距（標(biāo)準(zhǔn)1 353 mm）最大1 375 mm最小1 365 mm；也就是說(shuō)輪對(duì)的兩輪箍是斜套在滾動(dòng)圓上的，而軌距（標(biāo)準(zhǔn)1 435 mm）也變成了1 447～1 457 mm，車(chē)輪運(yùn)行時(shí)軌距時(shí)大時(shí)小 (如圖1b、c)。

輪箍弛緩超限后會(huì)使輪對(duì)輪緣磨損加劇、踏面失圓，嚴(yán)重時(shí)將擠壞叉心軌尖和使機(jī)車(chē)脫軌，所以輪箍弛緩超限后機(jī)車(chē)不允許再運(yùn)行，必須進(jìn)行輪箍輪芯更換或修復(fù)。

2 輪箍弛緩原因和修復(fù)分析

該系列機(jī)車(chē)車(chē)輪輪箍?jī)?nèi)徑、輪芯外徑為900mm。輪箍與輪芯為過(guò)盈配合，過(guò)盈量為1.30mm，安裝工藝采用加熱套裝法。廠家在制造時(shí)對(duì)輪箍所能發(fā)生橫向移動(dòng)所受力的估算得知：再不受熱情況下，考慮輪箍過(guò)盈量、輪箍與輪芯的摩擦系數(shù)和輪箍厚度等因素；使輪箍發(fā)生軸向移動(dòng)的橫向力應(yīng)為800～2 000 kN以上，而機(jī)車(chē)在運(yùn)行中所承受的最大橫向力僅為100 kN，由此可見(jiàn)裝配的牢固。

機(jī)車(chē)在運(yùn)行中輪箍不但承受著車(chē)身的重力、牽引力、摩擦力還承受著自身的內(nèi)應(yīng)力、熱應(yīng)力和來(lái)自軌面的沖擊力等復(fù)雜的交變應(yīng)力。加之機(jī)車(chē)在運(yùn)行中如頻繁的制動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間非正常抱閘都可能使輪箍過(guò)度受熱。由于輪箍受熱膨脹時(shí)與輪芯產(chǎn)生溫差使過(guò)盈量減小。當(dāng)過(guò)盈量減小到某值時(shí)再受到一定的橫向力作用，會(huì)使輪箍與輪芯產(chǎn)生軸向和圓周方向相對(duì)位移即發(fā)生了遲緩。輪箍圓周位移后防緩線將錯(cuò)位，嚴(yán)重時(shí)伴有軸向位移，位移量較大時(shí)輪箍外竄并斜套在輪芯上，機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)輪箍滾動(dòng)圓（即踏面）將與軌面失去平行而失圓，車(chē)輪滾動(dòng)起來(lái)時(shí)高時(shí)低就出現(xiàn)了啃啃聲，也造成輪距增加輪輞損傷。

2.1 造成輪箍遲緩的原因

(1)閘缸間鞲鞴行程量太小或基礎(chǔ)制動(dòng)裝置出現(xiàn)卡滯，使制動(dòng)鞲鞴、制動(dòng)桿和閘瓦等制動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作不良，導(dǎo)致閘瓦偏磨或制動(dòng)后個(gè)別輪緩解不徹底。

(2)由于制動(dòng)裝置故障，使機(jī)車(chē)緩解不徹底（如閥類(lèi)組裝、中繼閥、大小閘等）。

(3)機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)未松手制動(dòng)或手制動(dòng)沒(méi)有松到位造成第四位輪箍弛緩。

(4)機(jī)車(chē)司乘人員缺乏經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識(shí)或沒(méi)按規(guī)章操作（如以小閘代替大閘使機(jī)車(chē)輪箍受熱過(guò)度等）。

(5)輪箍、輪芯的材質(zhì)或加工不符合要求。

輪箍弛緩是輪箍在運(yùn)行中過(guò)度受熱后發(fā)生的。雖然輪箍裝配很牢固但是由于司乘人員因操作不當(dāng)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)失修或運(yùn)行中長(zhǎng)時(shí)間抱閘等原因，輪箍遲緩故障時(shí)有發(fā)生。這次輪箍遲緩第1、2、5條原因可以排除，因?yàn)橹挥械谒奈惠唽?duì)發(fā)生輪箍弛緩，而駐車(chē)制動(dòng)就在第四位輪對(duì)上，所以其主要原因是由于司乘人員未松手制動(dòng)或是沒(méi)有松到位所造成的。又由于司乘人員在牽引列車(chē)時(shí)習(xí)慣用本務(wù)機(jī)制動(dòng)（該機(jī)負(fù)載不重又在牽引、制動(dòng)頻繁的工況下運(yùn)行），事故發(fā)生時(shí)又缺乏相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致弛緩加劇。

2.2 修復(fù)方案分析

把輪對(duì)發(fā)回廠家修復(fù)要半年以上時(shí)間，買(mǎi)新的輪對(duì)最快也要3個(gè)月時(shí)間到岸（輪對(duì)太重只能海運(yùn)）；由于生產(chǎn)到了最關(guān)鍵最緊張的時(shí)期，如短時(shí)期該機(jī)能恢復(fù)生產(chǎn)那對(duì)工期影響還可以趕回來(lái)，超過(guò)1個(gè)月就必須租用當(dāng)?shù)貦C(jī)車(chē)，生產(chǎn)成本將成倍增長(zhǎng)。經(jīng)檢測(cè)發(fā)生輪箍遲緩機(jī)車(chē)雖然兩輪箍位移量嚴(yán)重超限，但輪輞未見(jiàn)明顯拉傷并無(wú)其它異常，輪箍復(fù)位后可繼續(xù)使用。因此輪箍復(fù)位有兩種方案：

(1)冷壓法。就是直接把輪芯壓入輪箍使其復(fù)位。這種方法需要大型沖壓設(shè)備（后經(jīng)制作復(fù)位框架使用機(jī)車(chē)起復(fù)器油頂2×60 t就車(chē)復(fù)位未成功）；即使能復(fù)位成功也可能因過(guò)盈量、所需壓力太大損傷輪箍輪芯，影響其幾何尺寸和復(fù)位效果使其使用壽命縮短甚至報(bào)廢。但由于該國(guó)機(jī)械加工技術(shù)落后和沒(méi)有大型的沖壓設(shè)備等原因（輪對(duì)拆下后送修過(guò)），我們現(xiàn)有的設(shè)備和條件無(wú)法實(shí)施修復(fù)。

(2)火焰加熱復(fù)位法。就是將輪箍用火加熱至一定溫度后施加橫向力使其復(fù)位。由于輪箍與輪芯同是車(chē)軋鋼，他們的配合過(guò)盈量與溫度之間的關(guān)系由碳鋼線膨脹系數(shù)公式可知：

式中：Δt-輪箍與輪芯的溫差；Δr-過(guò)盈量；r-輪芯的半徑；a-線膨脹系數(shù)。取Δr＝0.675mm，r＝450mm，a＝125×10-7/K，即Δt＝120℃。當(dāng)Δt＝120℃時(shí)如忽略其它因素，輪箍與輪芯的過(guò)盈量則為0；這時(shí)在輪箍外側(cè)施加橫向的撞擊力完全可是輪箍復(fù)位。但由于輪箍是套在輪芯上的，輪箍被加熱的同時(shí)輪芯也被加熱了；要使兩溫差達(dá)到230～250℃，那輪箍被加熱的溫度將3～4倍于溫差乃至更高；加熱的火力越強(qiáng)所需的時(shí)間就短，則輪箍被加熱至所需溫差的溫度就有所降低，反之則增加。

3 故障難點(diǎn)與解決方案

火焰加熱復(fù)位法即使輪箍被加熱時(shí)沒(méi)有完全達(dá)到所需溫差過(guò)盈量也會(huì)很減小，從而減小對(duì)輪輞的損傷，復(fù)位效果無(wú)疑是最好的。只要解決幾處難點(diǎn)，就能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為對(duì)輪對(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的主要難點(diǎn)有：

(1)由于該國(guó)機(jī)械制造技術(shù)薄弱、物資匱乏，怎樣能使輪箍在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到復(fù)位條件所需的溫差。輪箍厚75×150 mm外加34 mm厚的輪緣，就是用4套氧氣、乙炔和大號(hào)割槍同時(shí)連續(xù)加熱半小時(shí)也只是使輪箍發(fā)燙無(wú)法達(dá)到目的；用噴燈加熱效果要好筆者想試一下但是跑遍該國(guó)都買(mǎi)不到，用焊接鋼軌的鋁熱焊汽油加熱機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)汽油加熱機(jī)）完全可使輪箍短時(shí)間內(nèi)達(dá)到復(fù)位條件所需溫差的要求。汽油加熱機(jī)的工作原理是將壓縮空氣和一定比例的汽油混合后，經(jīng)特制噴嘴噴入鋁熱焊模具里燃燒對(duì)軌頭進(jìn)行加熱（5 min可使軌頭達(dá)到800℃），加熱時(shí)調(diào)整汽油開(kāi)關(guān)的開(kāi)度可以調(diào)整火力的大小。然而離開(kāi)了模具加熱噴嘴噴出的混合油氣很難點(diǎn)著火，即使著火后根本無(wú)法完全燃燒和調(diào)整火力。所以要用汽油加熱機(jī)加熱就必須滿(mǎn)足在輪對(duì)上熱噴嘴噴出的混合油氣能完全燃燒，經(jīng)分析噴嘴噴出的高速油氣在鋁熱焊模具里能完全燃燒是因?yàn)榛旌蠚饽茉谀＞呃锂a(chǎn)生渦流，使油氣能更好的霧化有利于點(diǎn)火和燃燒完全，模具還起到保溫的作用使燃燒更穩(wěn)定加熱更快。于是筆者用鋼板試作了一個(gè)模具試驗(yàn)成功。正式用5 mm鋼板焊制4個(gè)200×250×300 mm的模具，輪轂加熱時(shí)點(diǎn)焊在輪箍適當(dāng)位置即可。

(2)要移除第四位輪對(duì)，必須把整個(gè)機(jī)車(chē)抬離軌面1 m。機(jī)車(chē)重100 t，在沒(méi)有大型的起吊設(shè)備又要保證人員、機(jī)車(chē)設(shè)備的安全的前提下，僅依靠一套機(jī)車(chē)起復(fù)器（由2只60 t的油缸、2套獨(dú)立的手動(dòng)油泵和油缸連接裝置等組成，如圖2）來(lái)完成其難度可想而知。我們?cè)跈C(jī)車(chē)前端用起復(fù)器將機(jī)車(chē)起升到一定高度后，再在前轉(zhuǎn)向架中間（萬(wàn)向軸位置）用3排新木枕橫直軌面碼垛墊實(shí)后拆頂；再機(jī)車(chē)后端也用同樣方法，經(jīng)多次交替起升到適當(dāng)高度后拆除起復(fù)器，再保險(xiǎn)加固防止機(jī)車(chē)傾斜側(cè)翻的方法完成機(jī)車(chē)的舉升。

圖2 起復(fù)器結(jié)構(gòu)示意圖

(3)制作用于固定輪對(duì)使其復(fù)位的框架難度（簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)位框）。因所要加在輪對(duì)上的橫向力未知，復(fù)位框承受力的強(qiáng)度更不知道，也沒(méi)有前人的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。經(jīng)過(guò)改進(jìn)（制作就車(chē)復(fù)位時(shí)的框架積累了經(jīng)驗(yàn)）用270 m的槽鋼制作框架，在受力兩端加20 mm厚的鋼板作支撐面焊接而成。

(4)怎樣對(duì)輪對(duì)施加橫向力。由于不能做到整個(gè)輪箍同時(shí)都被加熱，所以采用圓周均分4點(diǎn)分段同時(shí)加熱；在未被加熱的上下兩對(duì)稱(chēng)點(diǎn)用起復(fù)器油缸施加橫向力，而左右兩對(duì)稱(chēng)點(diǎn)采用兩臺(tái)撞軌器同時(shí)施加撞擊力（兩靜兩動(dòng)效果會(huì)更好些也因只有一套起復(fù)器）。為了達(dá)到同步和更好的撞擊效果，在兩臺(tái)撞軌器頭部焊接了撞擊頭，然后再把撞軌器連成一體。

4 故障修復(fù)

故障修復(fù)分三步進(jìn)行。

4.1 輪對(duì)的拆卸

(1)用木楔在輪對(duì)前后塞牢車(chē)輪，拆除全車(chē)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 (便于用枕木支撐機(jī)車(chē))，第四位輪對(duì)手制動(dòng)裝置。

(2)拆除機(jī)車(chē)后向排障器裝配、排障器、灑沙管路等。

(3)拆除第四位輪對(duì)萬(wàn)向軸組成、車(chē)軸齒輪箱拉臂與車(chē)軸齒輪箱連接銷(xiāo)、沙箱裝置、輪對(duì)軸箱上下拉桿固定螺桿和液壓減震器等。

(4)用難點(diǎn)1的方法將機(jī)車(chē)舉升到能將輪對(duì)移除的高度0.8--1 m，保險(xiǎn)牢固后拆除起復(fù)器。

(5)取出軸箱彈簧、彈簧座、調(diào)整墊片等，用兩根線路用撬棍把輪對(duì)移出車(chē)外，輪對(duì)拆除完畢。

4.2 輪箍的復(fù)位

具體操作如下（所需設(shè)備的結(jié)構(gòu)與布置如圖1）：

(1)選擇清理好場(chǎng)地，擺放好復(fù)位框。

(2)用機(jī)具將輪對(duì)擺放在復(fù)位框上（帶車(chē)軸齒輪箱重約5 t），使輪對(duì)軸箱端蓋離支撐面30 mm左右，輪對(duì)與復(fù)位框保持在同一軸線上。

(3)用鐵楔將輪對(duì)塞牢并把鐵楔焊接在復(fù)位框上，再將支撐輪箍邊緣的上下支撐分別焊接在支撐面上。(采用兩點(diǎn)支撐分散了支撐面的受力)。

(4)按照難點(diǎn)4上的布置方法將加熱模具分別點(diǎn)焊固定在輪箍上，安放好4臺(tái)汽油加熱機(jī)再將加熱噴嘴固定在模具上。在安放好起復(fù)器油泵和上下油缸，下油缸直接放在復(fù)位框上；上油缸后部放在支撐面所焊的角鋼上，前部用焊的鋼筋環(huán)吊在復(fù)位框架上。最后架好撞軌器的行走軌道，裝上撞軌器調(diào)整好撞擊點(diǎn)，讓兩臺(tái)撞軌器頭緊靠輪箍邊緣焊接成一體。（注意模具靠近輪箍的兩端要留有縫隙便于形成渦流，使火焰緊貼輪箍不形成死角）。

(5)加熱前準(zhǔn)備。汽油加熱機(jī)連接好管路加好汽油，起復(fù)器連接好管路；準(zhǔn)備好干粉滅火器，最備好冷卻水濕毛巾（用于冷卻油缸和車(chē)軸齒輪箱油封）；相關(guān)人員到位（撞軌器4人、起復(fù)器油泵4人、加熱機(jī)點(diǎn)火調(diào)火2人、指揮兼安全1人）。

(6)加熱機(jī)工作時(shí)將火力調(diào)到最佳狀態(tài)。加熱15 min后密切觀察輪箍加熱狀態(tài)，起復(fù)器油缸同時(shí)預(yù)頂至一定壓力后停止泵油保壓；20 min后輪箍被加熱表面成暗紅狀態(tài)輪箍開(kāi)始移動(dòng)并伴有響聲，這時(shí)加熱機(jī)繼續(xù)加熱，油頂邊觀察邊頂，撞軌器開(kāi)始撞擊直至輪箍完全復(fù)位。（輪箍移動(dòng)時(shí)要觀察輪箍的復(fù)位情況兩油頂用力要均勻，加熱過(guò)程中用水濕毛巾冷卻油頂、車(chē)軸齒輪箱油封位置防止過(guò)熱損壞密封件）

(7)輪箍復(fù)位結(jié)束后關(guān)掉加熱機(jī)、拆除油頂，讓輪對(duì)自然冷卻后拆除加熱噴嘴模具等。

(8)將輪對(duì)換向重復(fù)以上操作，當(dāng)兩輪箍完成復(fù)位工作后拆除所有設(shè)備，清理工作場(chǎng)地。

(9)清除輪對(duì)上的點(diǎn)焊痕跡、附著物、氧化物等。觀察輪對(duì)的幾何形狀和檢測(cè)技術(shù)尺寸完全符合要求，按規(guī)定顏色對(duì)輪對(duì)進(jìn)行涂裝后重新標(biāo)劃防緩線；輪箍的復(fù)位工作結(jié)束。

4.3 輪對(duì)的裝復(fù)

輪對(duì)的裝復(fù)與輪對(duì)的拆卸剛好相反，具體步驟如下：

(1)將輪對(duì)移入機(jī)車(chē)下對(duì)好正卻位置，裝上軸箱彈簧、彈簧座、調(diào)整墊片等。

(2)用起復(fù)器將機(jī)車(chē)降低直至第4輪對(duì)完全復(fù)位，用木楔塞牢車(chē)輪拆除起復(fù)器。

(3)裝復(fù)第四位輪對(duì)萬(wàn)向軸組成、車(chē)軸齒輪箱拉臂與車(chē)軸齒輪箱連接銷(xiāo)、沙箱裝置、輪對(duì)軸箱上下拉桿固定螺桿和液壓減震器等。

(4)裝復(fù)機(jī)車(chē)后向排障器裝配、排障器、灑沙管路等。

(5)裝復(fù)全車(chē)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，第四位輪對(duì)手制動(dòng)裝置。

(6)清理場(chǎng)地、閘瓦間隙調(diào)整和試機(jī)等，整個(gè)修復(fù)工作全部結(jié)束。

現(xiàn)場(chǎng)修理輪箍弛緩所用設(shè)備和機(jī)具如下：電焊機(jī)1臺(tái)、乙炔氧氣一套、汽油加熱機(jī)4臺(tái)、起復(fù)器1套、撞軌器2臺(tái)。所用時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 輪對(duì)裝復(fù)所用時(shí)間

5 修復(fù)效果

經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，修復(fù)的輪對(duì)各部的幾何尺寸和技術(shù)狀態(tài)良好，輪箍弛緩標(biāo)線未發(fā)生位移。這次輪轂弛緩事故主觀上是由于司乘人員缺乏經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識(shí)未按章操作，客觀上也反映出機(jī)車(chē)生產(chǎn)制造時(shí)不夠人性化。因此建議在操控臺(tái)上顯示手制動(dòng)狀態(tài)，或在機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)增設(shè)手制動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)保護(hù)以實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖，以杜絕類(lèi)似事故的發(fā)生。